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木工圆锯片制造过程中残余应力研究

钱桦  
【摘要】:本文视圆锯片的制造过程为一个系统工程来研究其残余应力的变化,并首次以木工圆锯片生产过程的主要环节为基点,在实验研究基础上,结合目前国内具有代表性的制锯企业的生产工艺,系统地测试并分析研究了残余应力的变化过程,对各工序在形成锯片最终残余应力分布中的作用和特点进行了比较详细和全面的分析研究,并对辊压过程进行了有限元模拟分析。为在生产中改进和完善工艺,实现应力状态的主动控制,提高制造水平,生产优质圆锯片奠定了理论和实验基础。 为了获得必要的机械性能并达到一定的硬度,圆锯片基片首先必须进行热处理,热处理是影响基片最终应力状态的第一道工序。若采用油或类似冷速的冷却介质或冷却方式,可以使65Mn钢基片获得较小的淬火残余拉应力。及时的回火是消除淬火残余应力的必要措施,就圆锯片而言,400℃回火的开始7 min是残余应力迅速衰减时期,可以综合其他机械性能及装炉量等要求,适当缩短回火时间,以节约能源和提高生产率。回火残余应力一般在±20 MPa左右波动。目前,国产基片硬度均匀,回火残余应力小为后续工艺典定了良好的基础。 磨削与辊压工艺是影响锯片最终残余应力分布的最后也是最关键的两道工序。基片热处理后,直接磨削或辊压都不能构成适张效果要求的应力分布即基片沿半径外缘切向呈拉应力分布。基片张紧效果与磨削和辊压的先后顺序关系不大。磨削和辊压应力的大小和性质与各企业的磨削和辊压工艺条件有关。目前,国产锯片具有一定的张紧效果,但由辊压引入的拉应力较弱,在一定程度上借助了磨削拉应力来实现张紧。 本文首次研究了X射线衍射半高宽与工艺的关系。利用半高宽~回火时间、温度曲线可以直观简洁地反映回火过程中残余应力衰减过程和消除情况。基片回火后半高宽在2.2°左右波动。磨削后半高宽一般在回火基础上增大1.0°左右,辊压引起的半高宽变化有限,若将磨削与辊压作为一个工艺组合考虑,将其半高宽的变化与热处理的对照,可以简单清晰地表达磨辊工艺的作用。半高宽数据波动性小,可大大地减少测试点,快捷方便。 本文运用ANSYS软件对圆锯片辊压过程进行了有限元模型分析。模型首次直接对影响辊压过程的关键因素即基材材质和辊压条件进行了模拟分析。模型对适张应力状态的分析结果与实测结果比较吻合,同时模型还能对辊压适张变形效果进行分析。


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